L'énergie des chutes et des fleuves, une énergie renouvelable

L'époque préindustrielle entérinera à l'usage, une énergie hydraulique connue depuis l'antiquité pour sa "force motrice". Tout d'abord énergie mécanique, puis électrique (hydro-électricité), l'énergie hydraulique tire son existence de la participation du soleil au cycle de l'eau, c'est donc une énergie renouvelable mettant en jeu une ressource fragile, l'eau douce, fondamentalement liée à l'homme et à la biosphère.

Le cycle de l'eau

Le cycle de l'eau est un système hydrologique présent dans l'hydrosphère sur transfert d'énergie, par évaporation, évapotranspiration, précipitation, ruissellement ou infiltration.

L'atmosphère capitalise de la vapeur d'eau par évaporation directe des mers et des océans (+ 88% de l'eau renouvelée annuellement l'est ainsi), plus "marginalement" du sol et des végétaux (évapotranspiration). Arrivé à saturation d'humidité l'air en se refroidissant (ou changeant de pression), condense la vapeur d'eau surabondante, en de fines gouttelettes, donnant naissance aux nuages qui poursuivront leurs chemins sur les vents et courants atmosphériques.
Plus lourdes, les gouttelettes soumises à la pesanteur, cèdent en précipitation sous une forme, sous une répétition et intensité, dépendant du lieu et de la saison de l'événement météorologique.

La fraction d'eau non évaporée ("rapidement") ou évapo-transpirée, ruisselle et s'écoule pour une petite partie vers la mer, alors qu'une autre, s'infiltre et alimente les nappes souterraines.
Le cycle de ses phénomènes simultanés est concomitant, sans noeud d'interruption et de reprise.

Le caractère renouvelable du cycle s'assortit de variations saisonnières typiques à la géographie (pluie tropicale, fonte de neige d'altitude, restitution de pluie d'automne en pays tempéré... ), mais aussi de périodes annuelles, de durées variables, où le ruissellement fluvial dans le monde chute ou augmente (années humides, sèches). Le débit moyen des fleuves et rivières peut donc être d'une discontinuité marquée.

Les inconvénients d'une énergie hydraulique

Le flux hydraulique ne correspondant pas nécessairement aux besoins de l'homme peut être temporairement stocké, sur des lacs naturels, réservoirs et barrages, pour ainsi intéresser des productions d'électricité plus régulières.
Néanmoins les inconvénients à l'édification d'un barrage de retenue peuvent donner lieu à des conjonctures complexes, à l'image des écosystèmes avec lesquels il "compose". En s'opposant à l'écoulement d'une rivière, d'un fleuve, la retenue génère une situation nouvelle qui en affecte sérieusement l'amont et l'aval (*).

*Les remèdes pratiques à ces inconvénients sont préventifs (coupes de bois, débit réservé... ) ou curatifs (vannes de désenvasement, passe à poissons... ) et sont imparfaits, de plus n'apportent pas de réponse aux crises géopolitiques que peut constituer le contrôle d'un fleuve par des ouvrages hydrauliques, au déplacement d'une population, à la segmentation d'un fleuve, ou aux pertes d'eaux douces due à l'évaporation dans les bassins. Un choix sociétal responsable et éthique est de plus en plus nécessaire mais ne réussit pas à s'imposer. Par exemple le nucléaire est pour des spécialistes, l'énergie la plus conforme à ce que nous recherchons, mais ce choix en imposant d'autres est un cap de société; mais que recherchons-nous exactement?

Tout d'abord sédiments et alluvions, originellement portés à l'embouchure des fleuves, ne luttent plus contre l'érosion des deltas, mais s'amoncellent à la retenue (en partie des éléments nutritifs perdus pour la faune et les sols), et menacent de dégrader la qualité de l'eau.

Ainsi la mise en eau de barrages tropicaux porte souvent préjudice à des milieux humides biologiquement riches, et la végétation noyée du bassin versant au réservoir (aussi alimentée en matière organique fluviale), en phase de décomposition, pousse à l'eutrophisation du "lac", après prolifération d'algues unicellulaires (cyanobactéries).

Les conditions de température élevée stratifient sur deux niveaux le volume d'eau, produisant du méthane sous anaérobiose au niveau des sédiments profonds; de la sorte, l'eau soutirée en profondeur par les turbines diffuse du gaz en aval, en prolongement des émanations de surface de l'amont.
Les données sur le suivi du site du Petit-Saut (Guyane) qui documentent les émissions de CO2 et de méthane (le CH4 séjourne approximativement dans l'atmosphère sur 12 ans) en pays tropicaux sont à faire suivre par une étude Suisse (2010) menée au lac de Wohlen qui accrédite la présence de telle émanation en pays tempéré (au moins pour ce cas).

Énergie hydraulique et potentiels

Comme tout corps placé en hauteur, l'eau a une énergie potentielle récupérable à sa chute, et une énergie cinétique, due à son mouvement d'écoulement (à voir concrètement sur les barrages et turbines [à venir])

Les pays grands producteurs, Chine, Canada, Brésil, États-Unis, Russie, sont ceux possédant des bassins versants étendus (plus un captage d'eau est grand, plus le potentiel augmente) et dont l'économie peut aussi prendre en charge un gros investissement amortissable en moyenne sur 22 ans, ce qui pour un proche avenir, disqualifie les pays de la zone continentale africaine en dépit d'un potentiel techniquement et économiquement exploitable, d'autant qu'une couverture de plusieurs centaines de kilomètres de lignes HT seront inéluctables à l'acheminement de l'électricité (*).

*Le coût de l'investissement se fait au type de barrage, à la topographie. En rendre compte en moyenne n'a qu'une faible valeur indicative, toutefois les frais réduits d'exploitation et de maintenance, ainsi que la longévité des ouvrages rendent l'investissement attractif et les perspectives politiques internationales d'entraides à voire.

La production mondiale en 2008 était de 3247.3 TWh (n'oubliez pas d'admettre une variation annuelle négative ou positive au ruissellement) soit moins du 1/3 du potentiel réalisable parfois avancé (les chiffres auxquels vous aurez accès doivent départager le potentiel économique réalisable du potentiel théorique).
C'est en Asie et ensuite en Amérique du sud que l'on note une progression régulière et un potentiel conséquent, restant à exploiter, alors que l'Europe se contera de compléter avec de la petite hydraulique son parc de centrales.

Petites généralités

Les aspects positifs de l'énergie hydraulique (dont le contrôle des crues, la navigabilité) sont à modérer par sa faible densité énergétique et l'obligation de maîtriser l'impact des retenues d'eau. Elle est cela dit l'une des rares énergies renouvelables ayant des capacités de stockage, capable de collaborer à la régulation des réseau; et qui dans un même temps, convient à l'ajustement de pointes de consommation comme à la fourniture d'électricité en base (centrales au fil de l'eau).